Studiare le Scienze Polari per

capire

il caso delle proteine antigelo

Polartrec 2012 - Maria Laura Beltrami 1MLB PT2012

Esistono i pesci in Antartide ?E in Artide?

Ma come possono

sopravvivere ?

Come possono resistere a

temperature così rigide?

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ANTARTIDE

ARTIDE

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I mari

• Il mare antartico mantiene una temperatura inferiore a -1° C per tutto l’anno.

• Contiene 274 specie conosciute di pesci• 95 delle quali sono Perciformi del

subordine dei nototenioidei.

• Nel mare artico le temperature invernali possono scendere anche al di sotto di –1.8°C.

• In estate la temperature arriva fino a 7°C.

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Ambiente acquatico e temperatura

• Gli organismi viventi popolano l’ambiente acquatico con temperature comprese tra –1.9°C (temperatura di congelamento dell’acqua marina) e circa 90°C (temperatura di sorgenti termali.

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E i Pesci antartici ?

Temperatura corporea bassa (–1.7°C)

l’acqua salata congela a – 1.8°C

• Solubiltà O2 0.3%

• Basso metabolismo• Nessun pigmento respiratorio

–Risparmio di sintesi proteica

• Bassa viscosità del “sangue”–Facile da pompare–Poca spesa energetica

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Ma : Come fanno i pesci a sopravvivere?

• Per gli animali sono più pericolosi i cristalli di ghiaccio che non le temperature al di sotto del congelamento.

– Quando un animale congela i cristalli di ghiaccio crescono RAPIDAMENTE danneggiando i tessuti.

– I cristalli si formano su nuclei di accrescimento nei fluidi extra ed intracellulari

– Per evitare danni è necessario che i cristalli crescano LENTAMENTE anche a temperature al di sotto del punto di congelamento.

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Come fanno i pesci a sopravvivere?

– In alcuni invertebrati è presente una Ice Nucleting Protein (glicosilata) che permette la crescita di PICCOLI cristalli extracellulari

• LENTAMENTE aumenta la concentrazione dei soluti extracellulari• LENTAMENTE le cellule perdono acqua (shrinkage)• LENTAMENTE aumenta la concentrazione di soluti

con effetto osmotico

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Come fanno i pesci a sopravvivere?• Nel 1960 Arthur DeVries scoprì che i nototenoidi

sintetizzavano proteine antigelo• Fino ad ora sono stati scoperti cinque (sei) tipi di proteine

antigelo:

– AFGP, – AFP I, – AFP II, – AFP III, – AFP IV.– (AFPP)

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Non si gela al polo Sud

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Cerchiamo ……(chimica) Proprietà colligative delle soluzioni

• Kcr - costante crioscopica, dipende dal solvente

• i - coefficiente di van t’Hoff • m – molalità• im - osmolalità

miKT cr

Quindi l’acqua salata congela …..ad una temperatura ……. dell’acqua dolce …….

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Capacità di adattamento alla temperatura (biologia)

• Ad una data temperatura solo le molecole che possiedono una energia maggiore dell’energia di attivazione reagiscono

• Ciò è l’origine dell’effetto Q10.

E le molecole biologiche? Non ne risentono?

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Attività enzimatiche e temperatura

• Adattamento Tempi brevi: secondi ore• Acclimatazione Tempi medi: giorni mesi• Evoluzione Tempi lunghi: anni secoli.

Al variare della temperatura le attività enzimatiche possono “adattarsi” ma……

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Limiti della resistenza: fino a quando ?

• Permette il popolamento di nicchie ecologiche.• Il valore LD50 (50% di sopravvissuti di una specie ad un dato tempo) è usato per

definire la resistenza ad un particolare stress.• In alternativa si definisce il tempo si sopravvivenza per determinare la loro tolleranza

allo stress.

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biologia ….

Un esempio: Adattamento della composizione delle

membrane biologiche

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Omeoviscosità delle membrane biologiche

• Le proprietà fisiche delle membrane biologiche dipendono dalla classe di lipidi (in termini di catena laterale) e dalla loro concentrazione.

• In particolare la fluidità (proprietà dipendente dalla temperatura) può regolare molte attività enzimatiche che avvengono a livello delle membrane biologiche

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Omeoviscosità delle membrane biologiche

• A basse temperature le membrane cellulari si arricchiscono in acidi grassi insaturi

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E poi …….Esistono le proteine ANTIGELO”!!!!!

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Proteine antigelo

• Tipo I: 3-4 kDa

• Tipo II: ~14 kDa

• Tipo III: 7 kDa 14 kDa

• Tipo IV: ~15 kDa

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AFP tipo I II - III

Rif. Prof. G. Sartor UNIBO 20MLB PT2012

Ma…..Come funzionano le proteine antigelo ?

Interferiscono con la cristallizzazione del ghiaccio nei tessuti.

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le proteine antigelo :

• Sono prodotte dal fegato e secrete nel sangue

• Le proteine circondano i piccoli cristalli di ghiaccio impedendo la crescita di altro ghiaccio.

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ma l’antigelo

• Come funziona?

ricordiamo le Proprietà colligative

e l’abbassamento crioscopico

èDiverso !!

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PROVA TU A SPIEGARE PERCHE’ ………………………………………..

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